Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи иследования 9
1.1 Состояние сети автомобильных дорог Вьетнама в районе дельты Меконга 9
1.2. Анализ норм проектирования автомобильных дорог во Вьетнаме 12
1.3. Природно-климатические факторы Вьетнама, учитываемые при проектировании автомобильных дорог 15
1.4. Характеристика слабых грунтов на территории Вьетнама 19
1.5. Некоторые особенности дорожного строительства на слабых основаниях во Вьетнаме 23
1.6. Общие требование к дорожной конструкции на слабы грунтах 24
1.7. Геосинтетические материалы, применяемые для армирования дорожных конструкций 27
1.8. Методы расчета дорожных насыпей на устойчивость 35
1.9. Цель и задачи исследования 41
ГЛАВА 2. Теоретические основы разработки типовых дорожных конструкций на слабых грунтах в дельте меконга 43
2.1. Информационные модели для проектирования дорожных конструкций 43
2.2. Моделирование работы дорожной одежды под воздействием нагрузок, обоснование структуры баз данных
2.2.1. Исходные данные для проектирования 46
2.2.2. Критериальные требования по прочностным показателям дорожных конструкций 49
2.3. Выбор программного обеспечения для расчетов 58
2.4. Расчет риска пластических сдвигов в слоях слабого грунта 60
2.5. Выводы по главе 63
ГЛАВА 3. Моделирование работы дорожных конструкций на слабых грунтах в дельте меконга 64
3.1. Обоснование расчетных значений параметров для проектирования дорожных одежд 64
3.2. Опытно-экспериментальные исследования характеристик рабочего слоя грунта земляного полотна и обработка их результатов 67
3.3. Расчет конструкции дорожных одежд на слабых грунтах в дельте Меконга в программе РАДОН 82
3.4. Расчет риска пластических сдвигов в слоях из малосвязных материалов дельты Меконга 87
3.5. Расчет устойчивости насыпей автомобильных дорог на слабых грунтах, армированных геосинтетическими материалами 96
3.6. Выводы по главе 103
ГЛАВА 4. Разработка дорожных конструкций на слабых грунтах дельты меконга 105
4.1. Рекомендации по разработке баз данных для проектирования дорожных конструкций на слабых грунтах Вьетнама 105
4.2. Формирование баз данных для расчета дорожных одежд с учетом природно-климатических условий Вьетнама 106
4.3. Типовые конструктивные решения земляного полотна на слабых грунтах дельты Меконга 110
Заключение 117
Список литературы
- Природно-климатические факторы Вьетнама, учитываемые при проектировании автомобильных дорог
- Моделирование работы дорожной одежды под воздействием нагрузок, обоснование структуры баз данных
- Опытно-экспериментальные исследования характеристик рабочего слоя грунта земляного полотна и обработка их результатов
- Формирование баз данных для расчета дорожных одежд с учетом природно-климатических условий Вьетнама
Введение к работе
Актуальность работы. В стратегиях транспортного развития многих государств, в том числе и Вьетнама, особое внимание уделяется проблеме обеспечения безопасности движения автомобильного транспорта. Высокие транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог и показатели надежности их работы формируются на стадии проектирования. Наиболее дорогим элементом является дорожная конструкция, которая включает в свой состав дорожную одежду и земляное полотно с укрепительными конструктивными решениями. Для Социалистической Республики Вьетнам проблема обеспечения прочности дорожной конструкции стоит наиболее остро, так как в динамично развивающихся регионах страны преобладают слабые грунты.
На большей части территории Вьетнама огромные пространства заняты заболоченными площадями со слабыми грунтами, особенно в районах пойм крупных рек. Для территории дельты реки Меконг, где развивается сеть автомобильных дорог, выделяют пять зон, характеризующихся различными слабыми грунтами.
Эти районы Вьетнама занимают важное место в национальной экономике, политике, культуре, а также в обороноспособности государства. Они имеют плодородные земли, в них проживает большое количество жителей. Недостаточное развитие сети дорог в дельте Меконга не позволяет в полной мере удовлетворить потребности в транспортных перевозках пассажиров и грузов. Поэтому строительство сети автомобильных дорог на этой территории является настоятельным требованием для развития государства.
Строительство дорог в районах залегания слабых грунтов – сложная задача, для решения которой проводят исследования специфики работы грунтовых оснований под дорожными одеждами с учетом нагрузок от движущегося транспорта.
При трассировании автомобильных дорог не всегда удается обходить участки с неблагоприятными грунтовыми условиями, особенно если эти территории обширны по площади.
В последние годы наблюдается тенденция повышения требований к надежности проектируемых дорожных конструкций и повышению безопасности движения. Эти положения нашли свое отражения в законодательных документах - Федеральном Законе № 184-ФЗ «О техническом регулировании» и научных исследованиях по проектированию. Таким образом, повысились требования к обоснованности проектных решений для автомобильных дорог.
Долгое время в России и во Вьетнаме использовалось удаление слабых грунтов и их замена более прочными и пригодными для дорожного строительства. При большой протяженности участков со слабыми грунтами эта замена приводила к удорожанию строительства. Дальнейшее развитие научных исследований в этом направлении связано с поиском конструктивных инженерных решений, позволяющих использовать слабые грунты в основании дорожных
конструкций. Одним из таких решений является армирование слабых грунтов геосинтетическими материалами.
При проектировании дорожных одежд как в России, так и во Вьетнаме для расчетов выбирают наиболее опасное состояние конструкции, которое соответствует, как правило, периоду максимального переувлажнения грунтового основания. Неравномерная влажность грунтов приводит к необходимости использовать на различных участках строящихся дорог различные конструктивные решения, обоснованные прочностными расчетами. Таким образом, проектирование типовых дорожных конструкций с учетом прочностных характеристик грунтов является актуальной задачей.
Объект исследования – дорожные конструкции на слабых грунтах для Вьетнама в районе дельты реки Меконг.
Предмет исследования – особенности работы дорожных конструкций на слабых грунтах, армированных геосинтетическими материалами.
Цель работы заключается в совершенствовании проектирования дорожных конструкций на слабых грунтах путем разработки типовых дорожных конструкций с армирующими прослойками, учитывающих физико-механические свойства слабых грунтов дельты Меконга во Вьетнаме.
Основные задачи работы:
-
Провести анализ информационных моделей, используемых для автоматизированного проектирования дорожных конструкций и разработать схему их проектирования с учетом особенностей слабых грунтов Вьетнама.
-
Обосновать расчетные параметры для проектирования нежестких дорожных одежд с учетом природно-климатических особенностей Вьетнама и данных опытно-экспериментальных исследований слабых грунтов дельты Меконга.
-
Запроектировать конструкции дорожных одежд нежесткого типа с использованием расчетных параметров, характеризующих природно-климатические условия Вьетнама и физико-механические свойства слабых грунтов дельты Меконга.
-
Произвести проверку риска возникновения пластических деформаций в слоях слабых грунтов для запроектированных конструкций дорожных одежд.
-
Запроектировать типовые дорожные конструкции с армирующими прослойками из геосинтетических материалов для слабых грунтов дельты Меконга на основе расчета коэффициента устойчивости откоса насыпи земляного полотна.
Научную новизну диссертационного исследования составляют:
-
Схема поэтапного проектирования дорожных конструкций, учитывающая особенности проектирования ее составляющих – дорожной одежды и грунта земляного полотна в различных по целевому назначению подсистемах САПР и оценка риска возникновения пластических деформаций в слоях слабого грунта.
-
Законы распределения параметров слабых грунтов дельты Меконга – природной влажности, влажности на границе текучести и раскатывания.
3. Предложенные на основе анализа климатологической информации рас
четные значения температуры для определения прочностных характеристик
асфальтобетона при расчетах дорожных одежд на сдвиг в слоях грунта.
4. Обоснованные расчетом схемы армирования слабых грунтов дельты
Меконг армирующими прослойками из геосинтетического материала TS.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается использованием математических моделей, результатов теоретических исследований и методов расчета, адекватность которых была доказана ранее, использованием для проведения расчетов сертифицированного программного комплекса CREDO. Адекватность математических моделей подтверждается результатами экспериментальных наблюдений, обработкой результатов с использованием методов математической статистики.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке методики проектирования дорожных конструкций на слабых грунтах, получении математических моделей в виде законов распределения параметров слабых грунтов.
Практическая значимость работы заключается в разработке.
схемы поэтапного проектирования дорожных конструкций на слабых грунтах,
рекомендаций по формированию баз данных для проектирования дорожных одежд нежесткого типа на слабых грунтах Вьетнама,
типовых конструкций армирования земляного полотна на слабых грунтах дельты Меконга геосинтетическими материалами.
На защиту выносятся:
схема поэтапного проектирования дорожных конструкций на слабых грунтах дельты Меконга,
результаты статистической обработки данных опытно - экспериментальных работ в виде законов распределения параметров слабых грунтов;
результаты проектирования конструкций дорожных одежд нежесткого типа на слабых грунтах дельты Меконга,
результаты оценки риска возникновения сдвиговых деформаций в слоях слабого грунта,
типовые конструкции армирования земляного полотна на слабых грунтах дельты Меконга.
Апробация работы. Основные положения и результаты научной работы были представлены и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий. Малое инновационное предпринимательство (INNOV – 2012)» (г. Воронеж, 2012); Международной научно-практической конференции «Тенденции развития технических наук» (г. Уфа, 2014); XVII Международной научно-практической конференции: «Научное обозрение физико-математических и технических наук в XXI веке» (г. Москва, 2015), на научно-практических конференциях профес-сорско-преподавательского состава Воронежского ГАСУ (Воронеж, 2012-2016 гг.);
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, об-5
щим объемом 43 страницы. Три работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК: «Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура»; «Вестник ТГАСУ».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 100 наименования. Общий объем работы составляет 128 страниц, включая 22 таблицы и 29 рисунков.
Природно-климатические факторы Вьетнама, учитываемые при проектировании автомобильных дорог
Геосинтетические материалы представляют собой класс строительных материалов, различающихся по структуре, технологии производства, показателям свойств, составу сырья. Их объединяет удобная форма поставки, воз-27 можность обеспечения высокого качества геосинтетические материалов в условиях заводского изготовления, минимальные трудозатраты месте производства работ.
Наиболее распространенная группа материалов из состава геосинтетических – геотекстильные, прежде всего, нетканые, а также тканые и прочие -трикотажные (вязаные), плетеные нитепрошивные, биотекстили из несинтетического сырья [27,28,34,35,51,81,86].
Впервые нетканые материалы появились в 1930х годах в Европе. Это были полотна из вискозных волокон, скрепленных между собой химическими связующими. Позже появились другие способы их получения, различающиеся по виду сырья и по способу скрепления. Нетканые полотна практически сразу стали популярными — разнообразные свойства позволили применять их в самых разных областях от медицины до строительства зданий. Свойства нетканых геотекстильных материалов, представляющих собой хаотичное переплетение коротких или длинных волокон, зависят от способа упрочнения (соединения волокон). Нетканые геотекстильные материалы упрочняют механическим, термическим или химическим способами. Механические упрочненные (иглопробивные) нетканые материалы отличаются достаточной прочностью, высокой деформативностью, защитными свойствами, водопроницаемостью в плоскости полотна и направлении, ей нормальном. Их основные функции - дренирование и защита, в отдельных случаях при возникновении больших деформаций - армирование (например, при укладке в основание тонкой насыпи временной дороги).
В самом широком аспекте области применения геосинтетических материалов в дорожной отрасли, охватывая как конструктивные, так и технологические решения, включают два направления: земляные сооружения и дорожные одежды [10,13,55,79,98,99] Из множества основополагающих функций геосинтетических материалов для проводимых исследований по разработке типовых дорожных конструкций на слабых грунтах отметим, прежде всего, армирование [34,62]. В общем виде армирование – силовая функция сплошных тканых геосинтетических материалов, геосеток и георешёток, которая используется для армирования земляных сооружений и их оснований при строительстве, реконструкции, ремонте, а также для асфальтобетонных покрытий.
Применение в конструкциях автомобильных дорог прослоек из нетканых синтетических материалов (НСМ), новое направление в отечественной и зарубежной практике дорожного строительства. Наибольшее развитие это на правление получило при сооружении дорог на слабых грунтах и болотах.
Геосинтетические материалы для дорожного строительства используется в течение многих лет во всех развитых странах: Нидерланды, Франция, Япония и т.д. Во Вьетнаме геотекстиль начал использоваться с 1993 года. Впервые он появился в японском проекте консалтинговой компанией KEI модернизации национальной автомагистрали 5 (Ханой - Хайфон), что оказалось весьма эффективным в укреплении слабых грунтов на этой трассе. С 1995 года и до сих пор геотекстильные материалы используются в различных проектах, таких как проекты строительства, модернизации и реконструкции национальных дорог QL1, QL10, QL 18, QL3, QL32, QL51, QL38, QL39 и в проектах автомагистралей Г. Хошимин – Чунг Лыонг, Нойбай – Лаокай, Лонган – Дау Giay, Бен Люк. В указанных проектах геосинтетические материалы, помимо укрепления грунтов, выполняют много разных функций.
Подобно российской классификации [13,14,23,34,35,36], геотекстиль во Вьетнаме по технологии производства делится на два основных типа: тканный геотекстильный материал (тканый геотекстиль) и нетканый геотекстильный материал (нетканый геотекстиль) [55,77,81,95].
Широкое применение НСМ получили при освоении обширных территорий южного Вьетнама (особенно на дельте Меконг), где их использование обеспечивает существенное снижение стоимости и повышение темпов строительства, сокращение затрат труда, материалов и объемов транспортных перевозок [7,28,29,34,36,55,58]. Технические требования к нетканым синтетическим материалам, предназначенным для использования в дорожном строительстве и используемым во Вьетнаме, предусматривают оценку физико-механических свойств по массе, прочности и деформативности при растяжении, а также оценку по толщине, однородности, ширине материала, сжимаемости, водопроницаемости, устойчивости к различным воздействиям [12,70].
Масса НСМ m (г/м2) служит показателем материалоемкости и учитывается при назначении длины полотна в рулоне. Массу выражают в виде характеристики, приведенной к единице площади полотна (1 м2). В конструкциях армирующего типа и для оценки их материалоемкости и технологичности НСМ может быть использован показатель приведенной массы mnp, представляющий собой отношение массы к удельному разрывному усилию Рр: т т = — (1 1) р
Толщина НСМ определяет его способность выполнять дренирующие функции, а также удобство транспортирования (объем рулона). Толщину измеряют в мм. Однородность НСМ служит одним из критериев качества и эксплуатационной надежности. Показателем однородности является выраженное в процентах отклонение толщины или массы по площади полотна. Ширина полотна НСМ оказывает большое влияние на технологичность, трудоемкость и экономичность дорожной конструкции с текстильными прослойками. Ширину - расстояние между продольными кромками текстильного полотна - измеряют с точностью до 1 см.
Прочность - основная характеристика НСМ, определяющая способность его выполнять армирующую функцию и сохранять сплошность в процессе строительства и эксплуатации дороги. Прочность определяют согласно ГОСТ 15902.3-79 «Полотна текстильные нетканые. Методы определения прочности» испытанием на разрывной машине образцов шириной 50 мм и длиной 200 мм и выражают величиной удельного разрывного усилия Рр, приходящегося на 1 см ширины образца (Н/см). Образцы испытывают на растяжение вдоль и поперек полотна. Соотношение прочности в продольном
Деформативность, как и прочность, определяет армирующий эффект текстильной прослойки и способность ее противостоять местным прорывам. Деформативность характеризуется относительным удлинением при разрыве или условным модулем деформации.
Относительное удлинение е измеряется в процессе испытания образца НСМ размером а (а = 100 мм) на растяжение и выражается процентным отношением удлинения срединного участка образца длиной при разрыве 1р к первоначальной длине /0:
Моделирование работы дорожной одежды под воздействием нагрузок, обоснование структуры баз данных
В развитии транспортных систем всех государств особое внимание уделяется совершенствованию проектирования и повышению надежности автомобильных дорог, как основных транспортных артерий. Наиболее дорогим конструктивным элементом автомобильной дороги является дорожная одежда. Ее прочность обусловлена, прежде всего, прочностью грунтового основания. При расчете дорожных одежд выбирают наиболее опасное состояние конструкции, которое соответствует, как правило, периоду максимального переувлажнения грунтового основания [9].
Термином «дорожная конструкция» в нормативных документах называют инженерный комплекс, включающий дорожную одежду и земляное полотно с различными укрепительными конструктивными элементами [46].
В современных системах автоматизированного проектирования автомобильных дорог (САПР-АД) [47] проектирование дорожной одежды и земляного полотна относятся к САПР различного целевого назначения [24]. Земляное полотно автомобильной дороги проектируется в подсистеме CAD (Сomputer Aided Design), предназначенной для геометрического проектирования. Поперечный профиль земляного полотна является одной из проекций трехмерной цифровой модели дороги (ЦМД) [37]. Основу его проектирования составляют типовые конструкции земляного полотна, являющиеся элементом информационного обеспечения САПР-АД. В России в бумажном варианте они представлены специальными альбомами [19], а для автоматизированного проектирования - в виде баз данных, входящих в состав информационного обеспечения САПР.
Проектирование дорожной одежды, включающей расчеты на прочность, производится с использованием отдельной программы. Для программ ного комплекса CREDO такой программой является РАДОН с ее различными версиями [20,37]. Программа РАДОН по целевому назначению относится к подсистеме CAE (Computer Aided Engineering), являющейся средством автоматизации инженерных расчётов, моделирования физических процессов и оптимизации инженерных решений [24].
Концепция программы РАДОН построена на использовании методов современной теории упругости в применении к расчетам конструкций дорожных одежд. Автоматизация расчетов производится по нормативам Российской Федерации и Международным нормативам [30], на основании которых разработаны нормы проектирования дорожных одежд для Вьетнама. Программа и может применяться при разработке каталогов и альбомов типовых решений по конструкциям дорожных одежд, она предоставляет пользователю возможность создавать информационные базы по дорожностроительным материалам и автомобилям для проведения расчетов. База Материалов позволяет формировать информационные модели по грунтам рабочего слоя, конструктивным слоям дорожных одежд, геосинтетическим материалам.
Оптимальные и эффективные проектные решения можно получить при автоматизации расчетов на основе общей теории систем автоматизированного проектирования [6]. Такой подход был рассмотрен Бухтояровым А.В. при оптимизации проектирования дорожной одежды нежесткого типа на основе местных дорожно-строительных материалов и побочных продуктов промышленности [2]. Им была предложена схема проектирования нежестких дорожных одежд из местных дорожно-строительных материалов. Для задачи формирования баз данных при проектировании дорожных конструкций на слабых грунтах для Республики Вьетнам схема может быть преобразована к виду, представленному на рисунке 2.1. В ней выделим в качестве отдельного блока информационную модель для автоматизированного проектирования. Рисунок 2.1 - Схема формирования информационной модели для проектирования дорожных конструкций
Современные программы предоставляет пользователю возможность создавать информационные базы данных по дорожно-строительным материалам и грунтам для проведения расчетов. Наполнение баз данных конкретной, научно обоснованной и проверенной расчетами информацией – актуальная задача.
Выделенный информационный блок состоит из трех элементов схемы. Информационное обеспечение процесса проектирования – это необходимые базы данных, информационные и справочные материалы, составляющие информационное обеспечение процесса проектирования дорожной одежды. Формирование информационной модели - выбор из информационной базы подмножества вариантов конструкций дорожных одежд, удовлетворяющих параметрам внешней среды проектирования (категории дороги, расчетным нагрузкам и климатическим условиям). Исходные варианты конструкций дорожных одежд, принятые для проектирования, составляют информационную модель (ИМ), которая передается на расчет и проверяется в последствие по различным критериям прочности.
Опытно-экспериментальные исследования характеристик рабочего слоя грунта земляного полотна и обработка их результатов
Перед изыскателями и проектировщиками стоит задача проектирования надежных и долговечных конструкций дорожных одежд, способных обеспечить движение транспортных потоков с расчетными скоростями в любой период года. Проектирование дорожных одежд нежесткого типа включает большой комплекс расчетов, важнейшей частью которых являются прочностные расчеты. Не менее важной задачей является выбор расчетных параметров для грунтовых оснований и дорожных покрытий, включающих в свой состав органические вяжущие (асфальтобетоны). Эти расчетные параметры зависят от природно-климатических условий – температуры воздуха и влажности грунтов.
По результатам наблюдений нескольких государственных метеорологических станции Вьетнама в дельте Меконга (средняя температура воздуха, влажность воздуха. количество осадков, и.д.) и по данным геологических изысканий (плотность грунта, граница текучести, граница раскатывания, и.д.) могут быть получены данные, характеризующие климатические особенности и физические свойства слабых глинистых грунтов на этой территории.
Известна зависимость физико-механических свойств материалов, изготовленных с применением битума, от температуры. Сопротивляемость таких материалов воздействиям нагрузок снижается с повышением температуры, уменьшается их прочность и сдвигоустойчивость [5,9].
При расчете дорожных одежд выбирают наиболее опасное состояние конструкции, которое наступает в период максимального переувлажнения грунта, так как основные физико-механические свойства грунта земляного полотна зависят от его влажности.
Динамика изменения температуры воздуха, необходимой для обоснования расчетных параметров материалов дорожных одежд приведена на рисунке
Как показывает анализ графиков, в годовом цикле температура воздуха изменяется незначительно: минимальная от 14,8o С до 19,7o С, средняя от 25,3o С до 28,5o С максимальная от 34,0 0 С до 40,0 0 С. Так как для работы дорожной конструкции под нагрузкой от проходящего транспорта наиболее опасны максимальные значения температуры, то при дальнейших исследованиях и расчетах на прочность в слоях грунта земляного полотна следует принимать расчетное значение температуры для асфальтобетона 40 0 С.
Расчетная влажность грунта для Республики Вьетнам будет определяться количеством осадков, выпавших в различные месяцы. Динамика изменения количества выпавших осадков приведена на рисунке
Анализ гистограммы показывает значительную изменчивость анализируемого параметра. Максимальное количество осадков приходится на летние и осенние месяцы (257 мм – июль, 273 мм – сентябрь и 277 мм – октябрь).
В эти же месяцы отмечаются высокие температуры воздуха. Анализ климатологических справочников Республики Вьетнам позволил построить график изменения климатических характеристик в районе дельты реки Меконг, приведенный на рисунке 3.3, который может быть использован на стадии проектирования и строительства автомобильных дорог.
Сочетание основных неблагоприятных климатических факторов позволяет сделать выводы и том, что за расчетный период при проектировании дорожных одежд для Республики Вьетнам следует брать осенний период, в отличие от России, для которой расчетным является весенний период из-за наличия отрицательных температур зимой, сезонного промерзания и оттаивания дорожных конструкций.
Согласно проведенным ранее исследованиям, на территории Вьетнама большие пространства заняты заболоченными площадями со слабыми грунтами, особенно в районах пойм крупных рек. Территория дельты реки Меконг, где имеется сеть автомобильных дорог, характеризуется очень плоским рельефом, пересеченным густой сетью рек и искусственных каналов. Наиболее распространены слабые глинистые грунты: глинистый ил, песчано-глинистый ил, глина полутвердая, суглинок.
При расчете дорожных одежд сопротивление грунтов внешним нагрузкам оценивают модулями упругости или модулями деформации. Водно-тепловой режим земляного полотна изменяется в течение года. Соответственно изменяются за это время модули упругости и деформации грунтового основания. Основными расчетными параметрами физико - механических свойств грунтов земляного полотна, которые используют при расчете дорожных одежд на прочность, являются: - модуль упругости Егр, МПа; - коэффициент Пуассона ju2p; - угол внутреннего трения фгр, град; - удельное сцепление Сгр, МПа.
Значение расчетных характеристик зависит, прежде всего, от расчетной влажности, которую определяют в наиболее неблагоприятный период, когда земляное полотно переувлажнено. Как было отмечено выше, если для России таким периодом является весенний и расчеты грунтов на сдвиг проводят для высокой весенней температуры воздуха, то, как показал анализ климатических особенностей Республики Вьетнам, максимальное количество осадков приходится на летние и осенние месяцы (257 мм - июль, 273 мм - сентябрь и 277 мм - октябрь). В эти же месяцы отмечаются высокие температуры воздуха. Расчетные характеристики грунтов могут быть определены по таблицам, приведенным в нормативной литературе [30,72,80], но данные таблиц имеют ограниченную область использования и в сложных условиях проектирования их следует брать в каждом проекте индивидуально. Основой получения расчетных данных могут стать результаты специальных опытно-экспериментальных работ, проводимых при инженерных изысканиях.
Исследование физико-механических свойств грунтов на автомобильных дорогах на территории дельты реки Меконг в провинции Кан Тхо Рес публики Вьетнам проводилось на участке автомагистрали 60 Ча Винг – Бен Че (км 1010 + 109 - км 1013 + 209) Пример данных, полученных в ходе экспериментальных работ, приведен на рисунке 3.4. Пример результатов определения физических свойств грунтов приведен на рисунке 3.5.
Всего было испытано 72 образца грунта На опытном участке грунтовое основание представлено 6 слоями грунтов: глина полутвердой или твердой консистенции, глинистый ил, песчано-глинистый ил, глина текучей консистенции, песчано-глинистый грунт и глина твердой консистенции.
По данным геологических изысканий исследованы три показателя: средняя природная влажность грунта W (%), граница текучести WL (%), граница раскатывания WР (%). Относительная влажность грунта, используемая при проектировании, рассчитывается по формуле:
Результаты испытаний свойств грунтов будем обрабатывать с использованием известных методов математической статистики [18]. Случайные величины характеризуются вероятностными законами, которые отвечают физической сущности рассматриваемых явлений. В зависимости от особенностей изучаемой случайной величины распределение ее вероятностей описывает тем или другим вероятностным законом. Основная цель статистической обработки – получение теоретических законов распределения, на основе которых могут быть получены расчетные значения.
Формирование баз данных для расчета дорожных одежд с учетом природно-климатических условий Вьетнама
При возникновении сдвигающего напряжения Т = 0,0069 в 6,7 из 1000 случаев будут происходить пластические деформации в грунте земляного полотна. Так как напряжение Т является расчетным, то эта вероятность равна вероятности пластических смещений каждых 37 м2 из 1000 м2 активной зоны грунта; покрытие дороги на этой же площади может подвергаться остаточным деформациям. Уровень надежности, связанный с риском разрушения покрытия рассчитаем по формуле: К =1-г = 1-0,0067 = 0,9933 н Расчеты показывают, что суглинистых грунтов с пониженной влажностью значение коэффициента надежности соответствует заданным проектным значениям (см. табл. 3.7). Если из этих грунтов возводятся насыпи земляного полотна, то их сдвигоустойчивость будет обеспечена.
Таким образом, расчеты риска сдвиговых деформаций показывают, что при высоких значениях влажности слабых грунтов, которые характерны для дельты Меконга условия надежности по сдвигоустойчивости дорожных конструкций не выполняются.
Для обеспечения надежности работы дорожных конструкций в течение нормативного срока службы для повышения прочности и устойчивости грунтового основания запроектируем армирование земляного полотна геосинтетическими материалами, используемыми во Вьетнаме при строительстве дорог.
Расчет устойчивости насыпей автомобильных дорог на слабых грунтах, армированных геосинтетическими материалами
При проектировании и строительстве насыпей автомобильных дорог на слабых грунтах, особенно с высокой насыпи более 2м, устойчивость насыпи и откоса земляного полотна - это очень важное условие. Устойчивость насыпи и откоса земляного полотна оценим с помощью их расчетного коэффициента устойчивости kу. Будем использовать метод кругло-цилиндрических поверхностей скольжения, методика расчета для которого описана в подразделе 2.2.2.2.
В соответствии с расчетными схемами (см. рис. 2.2 и рис. 2.3) условие равновесия откоса сводится к уравнению моментов всех сил, действующих на сползающую призму, относительно центра 0 поверхности скольжения. При этом силы сопротивления сдвигу уменьшены в kу раз с учетом необходимости обеспечения определенного запаса устойчивости откоса против разрушения. При расчетах коэффициента устойчивости будем использовать формулы (2.11) в тех случаях, когда не предусмотрено армирование слабых грунтов и (2.15) для условий армирования геосинтетическими материалами.
Для автоматизации расчетов использовался табличный процессор MS Excel, координаты центра вращения 0 для наиболее опасной кругло- цилиндрической поверхности скольжения определялись по методу Феллениуса [41,62].
Во многих случаях оползни возникают при значениях коэффициента запаса устойчивости меньше единицы, а для обеспечения надлежащей степени устойчивости необходимо, чтобы kу 1,0. В этом случае устойчивость откоса или склона будет обеспечена теоретически. Из-за высокой степени неопределенности многих величин и с учетом неточности в установлении сил сопротивления грунтов на сдвиг, нормами Вьетнама рекомендуется пороговое значение kу = 1,2 [62,72,81].
Для земляного полотна на слабых грунтах возможно несколько случаев местоположения кривой поверхности скольжения (см. рис.2.5), которые были учтены при расчетах: - предполагаемые поверхности скольжения проходят через подошву насыпи и входят в слабый грунт; - предполагаемые поверхности скольжения проходят за пределами по дошвы откоса насыпи и заходят в зону слабого грунта в тех случаях, когда угол внутреннего трения слабых грунт имеет малое значение ( 10). Основные параметры, которые использовались и варьировались в процессе расчетов, представлены на рисунке 3.15.
Общий вид конструкции насыпи на слабых грунтах Расчеты проводились для геотекстильных материалов, используемых в практике дорожного строительства Вьетнама и рекомендованные нормативными документами [81]. Геотекстиль марки TS [97,99] является идеальным материалом в дорожном строительстве для разделения слоев и фильтрации влаги. Он обеспечивает равномерную толщину слоя основания в течение всего периода воздействия нагрузок, предупреждает смешение насыпного материала и мелкодисперсного грунта земляного полона. Основные технические характеристики материалов регламентируются стандартами.
Для обеспечения устойчивости дорожной конструкции, расчеты проводились до достижений коэффициентом устойчивости рекомендуемого для Вьетнама значения (ку 1,2). Рассматривались схемы многослойного армирования. Оптимальное расстояние между слоями геосинтетических материалов определяется критерием минимального объема материала и принималось в расчетах равным 0,4 и 0,5 м.